CC BY
238
ПРИРОДНЫЙ ГАЗ -ОСНОВА УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ ЭНЕРГЕТИКИ
Аннотация. Рассмотрена динамика структуры производства энергии в мире. На основе проведенного анализа сделан вывод о том, что природный газ может обеспечить устойчивое развитие энергетики для удовлетворения растущих потребностей человечества в энергии при значительном сокращении нагрузки на окружающую среду, будет основным источником энергии в процессе постепенного перехода на использование альтернативных источников энергии.
Ключевые слова. Энергия, энергопотребление, органическое топливо, природный газ, запасы, добыча, экология, устойчивая энергетика, альтернативные источники энергии.
Martynov V.G., Lopatin A.S., Bessel V.V.
NATURAL GAS -THE BASIS OF SUSTAINABLE DEVELOPMENT OF ENERGY
Abstract. Considered the dynamics the structure of World's Energy Production. Based on the analysis concluded that natural gas can provide sustainable development of energy to satisfy the fast growing demands of energy, while significantly reducing the load on the environment will be the main source of energy in the process of gradual transition to alternative energy sources.
Keywords. Energy, energy consumption, fossil fuel, natural gas, reserves, production, ecology, sustainable energy, alternative energy sources.
Современная энергетика в определяющей степени зависит от добычи и потребления органического топлива, к которому относятся природный газ, нефть и уголь [1]. Для составления долгосрочных прогнозов развития мировой энергетики и энергетики России требуется понять, добыча какого вида органического топлива будет развиваться наибольшими темпами с учетом запасов, имеющейся инфраструктуры для добычи, транспортировки и потребления конкретного вида топлива, а также перспектив его развития, энергетической эффективности и экологической чистоты.
Мировое производство энергии
За период с 1981 по 2015 гг. производство энергии в мире выросло в 2 раза - с 6,68 до 13,23 млрд т.н.э. [1]. При этом наблюдался устойчивый рост производства всех видов энергии [1]. За тот же период население Земли выросло с 4,5 до 7 млрд человек [2], т.е. чуть больше, чем в 1,5 раза. Таким обра-
ГРНТИ 44.01.11
© Бессель В.В., Лопатин А.С., Мартынов В.Г., 2017
Валерий Владимирович Бессель - кандидат технических наук, доцент, исполнительный вице-президент ООО «Нью Тек Сервизес», профессор кафедры термодинамики и тепловых двигателей Российского государственного университета нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина (г. Москва).
Алексей Сергеевич Лопатин - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой термодинамики и тепловых двигателей Российского государственного университета нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина (г. Москва).
Виктор Георгиевич Мартынов - доктор экономических наук, профессор, ректор, заведующий кафедрой геофизических информационных систем Российского государственного университета нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина (г. Москва).
Контактные данные для связи с авторами (Бессель В.В.): 119991, Москва, Ленинский пр., д. 65, корп. 1 (Russia, Moscow, Leninskiy av., 65/1). Тел.: 8 (985) 766-63-05. E-mail: vbessel@nt-serv.com.
зом, можно констатировать, что за последние 35 лет темп роста производства энергии в 1,3 превысил темп прироста населения Земли и, судя по всему, эта тенденция будет сохраняться в среднесрочной перспективе. Это является неизбежным следствием современного этапа научно-технического прогресса и связанного с этим опережающего роста потребления энергии.
Количество произведенной энергии дает возможность проанализировать структуру производства энергии - динамику изменения доли каждого вида энергии (%) в мировом энергобалансе (рисунок 1). Анализ динамики структуры мирового энергопотребления позволяет выявить очень интересные тенденции развития мировой энергетики.
т
£ и
I
41Ж
35%
5. 30% 27*/%
¥ 1534
е;
О-=.
Е
Ей X £ а
V
2Шй
1594
10%
- Природныйш -Нефть
-Атвмшя псргиии
- Гвдрознергетнм
виз
ее эг % щ ги НЕЕ
=1 гч гг чг г.П
% Я Я й § К
Рис. 1. Динамика структуры мирового производства энергии за период 1981-2015 гг.
Так, доля производства нефти падает и за 35 лет снизилась более чем на 10% - с 43,6% в 1981 году до 33% в 2015 году.
Доля производства угля отличается наибольшей нестабильностью. В 90-х годах прошлого века она падала значительно более высокими темпами, чем доля производства нефти, но в начале 2000-х годов, когда опережающий рост цен на нефть сделал ее ресурсом дорогим и, вследствие этого, малодоступным для многих стран и отраслей экономики, доля производства угля устойчиво росла до 2011 года. Начиная с 2011 года доля производства угля снова начала падать, что стало следствием обвального понижения цен на нефть и увеличения ее потребления прежде всего такими странами, как Китай (1-е место в мире по энергопотреблению в 2015 году) и Индия (3-е место в мире по энергопотреблению в 2015 году) [1]. Тем не менее, за прошедшие 35 лет доля производства угля в мире выросла только на 1%, с 27,9% в 1981 году до 28,9% в 2015 году.
Доля производства газа стабильно росла и увеличилась на 4,5% - с 19,7% в 1981 году до 24,2% в 2015 году. Связано это, прежде всего, с тем, что природный газ - энергетически самое эффективное, а экологически - самое чистое органическое топливо [3]. Однако для его потребления нужна сложная и разветвленная инфраструктура, создание которой - дело дорогостоящее, материалоемкое и требующее больших временных затрат. Но по мере создания такой инфраструктуры в том или ином регионе,
газ становиться в нем основным, если не главным видом топлива, так как огромные капитальные вложения в развитие инфраструктуры требуется окупать. Это является, своего рода, гарантией того, что рост потребления природного газа и, соответственно, его производство, будут расти и дальше.
Доля гидроэнергетики выросла на 0,9% - с 5,8% в 1981 году до 6,7% в 2015 году, что связано, прежде всего, с ограниченностью этого ресурса (воды в реках больше не становиться и горы, с которых эта вода течет, также не становятся выше), а капиталоемкость этого вида энергетического ресурса огромна.
Доля атомной энергетики выросла на 1,6% - с 2,8% в 1981 г. до 4,4% в 2015 г. Если до начала 2000-х годов доля атомной энергии росла быстрыми темпами, то потом она начала снижаться и только после 2012 года стабилизировалась на уровне 4,4%. Ожидать увеличения доли атомной энергетики весьма проблематично, так как это связано как с политическими факторами (отказ правительства Германии от программ атомной энергетики), геологическими факторами (Япония снизила выработку энергии на атомных станциях после аварии на АЭС «Фукусима» с 66,2 млн т.н.э. в 2010 году до 1 млн т.н.э. в 2015 году), так и с ограниченностью запасов высокообогащенных урановых руд в мире.
Устойчивыми темпами росла доля энергии, вырабатываемой из возобновляемых источников, прежде всего солнца и ветра, особенно быстрыми темпами эта энергетика стала развиваться в XXI веке. За 35 лет рост составил 2,7% - с 0,1% в 1981 году до 2,8% в 2015 году.
Таким образом, проведенный анализ динамики структуры производства энергии в мире за последние 35 лет показал, что доля производства природного газа росла самыми высокими темпами среди всех видов вырабатываемой человечеством энергии - 4,5%.
Запасы природного газа
Доказанные запасы органического топлива с вероятностью извлечения на поверхность не менее 90% (Proved Reserves или "1P" по классификации запасов SPE-PRMS) на 2015 год [1], распределенные по регионам и континентам, приведены в таблице 1.
Таблица 1
Доказанные запасы органического топлива (млрд т.н.э.) на 2015 год
Регион (континент) Нефть Газ Уголь Всего
Млрд тонн Млрд т.н.э. Трлн м3 Млрд т. н. э. Млрд тонн Млрд т. н. э. Млрд т. н. э.
Северная Америка 35,9 35,9 12,8 11,6 245,1 163,2 210,7
Центральная и Южная Америка 51,0 51,0 7,6 6,8 14,6 9,7 67,5
Европа 1,9 1,9 3,3 3,0 84,1 56,0 60,9
Россия 14,0 14,0 32,3 29,1 157,0 104,5 147,6
Страны СНГ (без России) 5,1 5,1 21,2 19,1 69,5 46,3 70,5
Ближний и Средний Восток 108,7 108,7 80,0 72,1 1,1 0,7 181,5
Африка 17,1 17,1 14,1 12,7 31,8 21,2 51,0
Азия 5,7 5,7 15,6 14,0 288,3 192,0 211,7
Мир в целом 239,4 239,4 186,9 168,4 891,5 593,6 1001,4
Эта система отличается в более консервативную сторону от российской системы классификации запасов углеводородного сырья, так как не включает запасы категории С2 (предполагаемые запасы). Тем не менее, из таблицы видно, что запасы природного газа составляют 16,8% от запасов органического топлива и 41,3% от запасов углеводородного сырья. Наибольшими запасами природного газа обладают страны Ближнего и Среднего Востока, вторыми по величине запасами обладает Россия -17,3% от мировых запасов природного газа.
В таблице 2 приведены данные по запасам и добыче природного газа по странам мира [1], на долю которых приходится более 93% мировых запасов и почти 84% производства природного газа. Россия устойчиво занимает лидирующее положение в мире и по добыче газа - более 16,2%. Как следует из
таблицы, доля России в производстве газа более чем на 1% ниже ее доли в мировых запасах, что делает перспективы добычи газа обнадеживающими на среднесрочную и долгосрочную перспективы.
При существующем уровне добычи газа в России хватит на 60-70 лет. Чтобы увеличить эту цифру и обеспечить себе будущее на долгосрочную перспективу, мы должны либо наращивать доказанные запасы, либо снижать уровень добычи природного газа. Если первая цель реально осуществима как за счет масштабного проведения геологоразведочных работ по поиску традиционных ресурсов нефти и газа в новых регионах, чем сейчас ПАО «Газпром» успешно занимается [4], то возможно ли безболезненное решение второй проблемы?
На диаграмме рисунка 2 приведен статистический анализ оценки добычи газа в зависимости от доказанных запасов в той или иной стране [5]. Репрезентативная выборка для статистического анализа были взята из таблицы 2. В 2015 году указанные страны обладали более чем 93% мировых запасов газа и добывали почти 83% природного газа в мире [1]. Далее была построена линейная регрессия, описывающая мировой тренд уровня добычи газа в зависимости от доказанных запасов, применимая при моделировании характеристик, значения которых увеличиваются или убывают с постоянной скоростью. Из построенной диаграммы хорошо видно, что только две страны в мире - США и Россия -существенно опережают мировой тренд производства газа, остальные ведущие производители либо находятся в тренде, либо существенно ниже тренда.
Если проанализировать уровень производства газа в России, то видно, что если бы мы следовали мировому тренду, то должны были бы добывать 363,6 млрд м3 газа, что практически полностью удовлетворило бы наши внутренние потребности в природном газе (391,5 млрд м3) [1]. В 2015 году добыча газа в России составила 573,3 млрд м3 [1], при этом разница между уровнем добычи и внутреннего потребления - это и есть экспортный потенциал.
Таблица 2
Запасы (трлн м3) и добыча (млрд м3) газа основными производителями газа в мире в 2015 году
Страна Запасы природного газа, 3 трлн м Доля от мировых запасов, % Добыча природного газа, 3 млрд м Доля от мировой добычи, %
Австралия 3,5 1,9% 67,1 1,9%
Алжир 4,5 2,4% 83 2,3%
Бразилия 0,4 0,2% 22,9 0,6%
Венесуэла 5,6 3,0% 32,4 0,9%
Великобритания 0,2 0,1% 39,7 1,1%
Египет 1,8 1,0% 45,6 1,3%
Индия 1,5 0,8% 29,2 0,8%
Индонезия 2,8 1,5% 75,0 2,1%
Ирак 3,7 2,0% 1,0 0,0%
Иран 34,0 18,2% 192,5 5,4%
Казахстан 0,9 0,5% 12,4 0,4%
Канада 2,0 1,1% 163,5 4,6%
Катар 24,5 13,1% 181,4 5,1%
Китай 3,8 2,0% 138,0 3,9%
Кувейт 1,8 1,0% 15,0 0,4%
Малайзия 1,2 0,6% 68,2 1,9%
Мексика 0,3 0,2% 53,2 1,5%
Нигерия 5,1 2,7% 50,1 1,4%
Норвегия 1,9 1,0% 117,2 3,3%
Россия 32,3 17,3% 573,3 16,2%
Саудовская Аравия 8,3 4,4% 106,4 3,0%
США 10,4 5,6% 767,3 21,7%
ОАЭ 6,1 3,3% 55,8 1,6%
Туркменистан 17,5 9,4% 72,4 2,0%
Узбекистан 1,1 0,6% 57,7 1,6%
Мир в целом 186 100,0% 3538,6 100,0%
Запасы гага, трлн. м3
Рис. 2. Добыча природного газа крупнейшими производителями в зависимости
от запасов в 2015 г.
Продажи газа в дальнее зарубежье по системе магистрального транспорта газа и в сжиженном состоянии в 2015 году составили 184,4 млрд м3 [6] (разница в 2,4 млрд м3 покрывалась газом, находящимся в системе магистральных газопроводов и подземных хранилищах газа). В силу исторически сложившихся экспортных потоков углеводородного сырья из России, газ, транспортируемый по системе экспортных магистральных газопроводов, практически весь поставляется на рынки европейских стран [6]. Проведенный анализ импорта газа в страны Европы показал, что в период 2005-2013 годов поставки газа из России по магистральным трубопроводам составляли от 130,6 до 162,4 млрд м3, что составляет от 46 до 65% импортируемого в европейские страны газа [7].
В таблице 3 показана разница между добычей и потреблением природного газа (млрд м3) в разных регионах мира в период 1975-2015 гг. [1] Для России, как крупнейшего экспортера природного газа в мире, наибольший интерес представляют регионы с дефицитом природного газа, то есть Европа и Евразия и страны АТР. Кроме того, эти регионы являются нашими ближайшими соседями.
Таблица 3
Разница между добычей и потреблением природного газа (млрд м3) по регионам мира в период 1975-2015 гг. [1]
Дефицит/профицит (-/+) газа 1975 1985 1995 2005 2015
Северная Америка 18,0 1,2 -26,3 -31,6 20,4
Южная Америка 0,2 0,0 0,4 17,0 3,7
Европа и Евразия -23,3 -20,7 -39,1 -68,7 -13,6
Ближний Восток 10,0 3,6 8,1 41,6 127,7
Африка 6,5 20,5 37,9 92,0 76,3
Азиатско-Тихоокеанский регион 1,4 -0,3 -2,8 -33,8 -144,5
Дефицит природного газа в Европе и Евразии нарастал постоянно до 2005 года, но за последние 10 лет стал резко сокращаться за счет наращивания добычи газа Азербайджаном и Норвегией [1]. Тем не менее, как это уже отмечалось выше, сложившаяся еще со времен СССР система экспорта газа в Европу более чем на 65% обеспечивает потребности в природном газе европейских стран, и система эта постоянно развивается [6]. А в странах АТР, начиная с 1985 года, дефицит природного газа постоянно растет и, судя по темпу развития экономик наших азиатских соседей, будет нарастать и дальше [7].
Это дает понимание того, как организованы экспортно-импортные потоки природного газа в мире. Так европейские страны, в основном, удовлетворяют свои потребности за счет получения магистрального газа из России [8] и сжиженного газа (в значительно меньших объемах) из стран Северной Африки и Ближнего Востока [1]. Азиатские страны покрывают свой дефицит поставками магистрального газа в основном из Туркменистана, небольшого количества из Узбекистана и Казахстана, а также сжиженного газа из Катара, России, Нигерии, Омана, ОАЭ, Экваториальной Гвинеи, Алжира, Йемена и других стран [1]. Тем не менее, азиатский рынок имеет для нас первоочередное значение с точки зрения перспектив наращивания экспорта природного газа, так как емкость этого рынка оценивается почти в 3 трлн м3 газа в год [8].
В таблице 4 приведена структура энергопотребления (млн т.н.э.) 4-х крупнейших потребителей энергии в Азии - Китая, Индии, Японии и Южной Кореи. На долю этих стран приходилось 33,6% мирового энергопотребления в 2015 году. Совокупное потребление угля этими странами в 2015 году составило 2,53 млрд т.н.э. или 66% мирового потребления. Однако уголь - самое энергетически неэффективное и экологически грязное органическое топливо [3], поэтому поставки природного газа в эти страны могли бы решить как проблему наращивания экспортного потенциала России, так и проблему эффективного и экологически чистого энергообеспечения крупнейших потребителей энергии в Азии. Поэтому реализация Восточной газовой программы ПАО «Газпром» - единственно возможный вариант развития экспортного потенциала для российского природного газа на многие десятилетия вперед [8].
Таблица 4
Структура потребления энергии (млн т.н.э.) крупнейшими потребителями Азии в 2015 году
Энергия/Страна Китай Индия Япония Южная Корея Итого
Уголь 1920,4 407,2 119,4 84,5 2531,5
Нефть 559,7 195,5 189,6 113,7 1058,5
Природный газ 177,6 45,5 102,1 39,2 364,4
Гидроэнергетика 254,9 28,1 21,9 0,7 305,6
Возобновляемые источники 62,7 15,5 14,5 1,6 94,3
Атомная энергетика 38,6 8,6 1 37,3 85,5
Всего 3013,9 700,4 448,5 277 4439,8
Природный газ - основа высокой экологичности современной мировой энергетики
По сравнению с другими видами органического топлива, при сжигании природного газа образуется значительно меньшее количество диоксида серы и диоксида азота при практически полном отсутствии золы и пыли [3], чем при сжигании других видов органического топлива, что показано в таблице 5.
Таблица 5
Выбросы вредных веществ (кг) при выработке миллиарда Британских Тепловых Единиц энергии
Вещество Газ Нефть Уголь
Диоксид углерода 53 180 74 550 94 550
Моноксид углерода 18 15 95
Оксиды азота 42 204 208
Диоксид серы 0 510 1 178
Пыль 3 38 1 247
Ртуть 0 0 0,01
Франция „ ^есия
зе
Нанада
Артеитика
£ и.
* Итлл ИЯ
ЯУН
МекГикй
0 Британия Бриилил
5 • ТУРЦИЯ ♦ США
1
о Я)
X
0
1
Саудовская Ара выя
* • Г«м1нмя " средне мировой уровень экологически чистой энергии 37,8% ....... ...............1|и 1Ш |щ щи*1 И11 нини щипптш ни
Корея
Ж;.
с о сг
1АМ
* ЙГ10ННЯ
" Австралия
* Индонезии
* Индия * Китай
КЛАР
ок
О 500 инк 1»сю гииз гязо лхю зно
Энергопотребление, млн. т.н.э*
Рис. 3. Диаграмма распределения экологически чистой энергии в балансе энергопотребления стран в-20 в 2015 году
Можно со всей определенностью утверждать, что природный газ - самое экологически чистое топливо из всех органических видов топлива. Анализ доли использования природного газа в энергобалансе страны дает возможность определить степень экологичности энергетики [3]. На диаграмме, приведенной на рисунке 3, показана доля экологически чистой энергии («безуглеродная» энергетика + природный газ) в энергобалансе стран 0-20 в зависимости от уровня энергопотребления в 2015 году [1]. Из диаграммы следует, что к странам 0-20 с уровнем доли экологически чистой энергии в балансе энергопотребления выше среднемирового уровня в 37,8% относятся такие страны, как: Германия, Саудовская Аравия, США, Турция, Великобритания, Бразилия, Мексика, Италия, Аргентина, Канада, Франция и Россия. Лидерами по экологичности энергетики являются 4 страны - Россия, Франция, Аргентина и Канада, структура энергопотребления которых приведена в таблице 6 [1].
Таблица 6
Структура энергопотребления стран-лидеров по доле экологически чистой энергии
Экологически чистая энергия, % Россия Канада Аргентина Франция Мир
Природный газ 53,0 27,9 48,7 14,7 23,8
Атомная энергия 6,6 7,2 1,8 41,4 4,4
Гидроэнергетика 5,8 26,3 10,9 5,1 6,8
Возобновляемые источники 0,0 2,2 0,9 3,3 2,8
Доля экологически чистой энергии, % 65,4 63,6 62,3 64,5 37,8
Из таблицы 6 следует, что во Франции доля получения энергии на атомных станциях составляет 41,4%, в Канаде широко используется гидроэнергетика (26,3%) и природный газ (27,9%), в Аргентине -природный газ (48,7%) и гидроэнергетика (10,9%), а лидирующие позиции России в этом рейтинге обеспечены самой высокой в мире долей потребления природного газа - 53%. Это стало результатом
огромной, целенаправленной и планомерной деятельности ПАО «Газпром» по реализации программы газификации регионов России и переводу энергетических и промышленных объектов, а также объектов коммунального хозяйства с мазута и угля на экологически чистый природный газ [3].
Возможный сценарий развития мировой энергетики в XXI веке
На планете Земля сосредоточены огромные [1], а, с учетом вовлечения в разработку нетрадиционных ресурсов метана, практически неограниченные запасы природного газа [3]. Мы имеем развитую инфраструктуру для его транспорта как по магистральным газопроводам, в том числе и подводным, так и в сжиженном состоянии. Во всех развитых регионах мира постоянно развивается и совершенствуется инфраструктура для потребления природного газа. Природный газ является самым дешевым, доступным и безопасным видом топлива для получения тепла и электроэнергии. Технологии, позволяющие значительно сократить или свести к нулю выброс CO2 при его сжигании, делают его самым экологически чистым видом топлива.
Потребность в природном газе, несмотря на достижения в области энергосбережения и расширение использования альтернативных источников энергии, несомненно, будет возрастать. Более того, именно природный газ будет основным источником энергии в процессе постепенного перехода на использование альтернативных источников энергии. Все это позволяет сделать вывод о том, что природный газ может обеспечить устойчивое развитие энергетики для удовлетворения растущих потребностей человечества в энергии при значительном сокращении нагрузки на окружающую среду.
Решение этой задачи во многом зависит от России, учитывая ее геополитическое положение, огромный научно-технический и интеллектуальный потенциал, значительные запасы природного газа.
ЛИТЕРАТУРА
1. BP Statistical Review of World Energy, June 2016. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.bp.com/statisticalreview (дата обращения 30.11.2016).
2. US Census Bureau, Demographic Internet Staff. Historical Estimates of World Population (EN-US). [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.census.gov (дата обращения 30.11.2016).
3. Кучеров В.Г., Золотухин А.Б., Бессель В.В., Лопатин А.С., Мартынов В.Г. Природный газ - главный источник энергии в ХХ1 в. // Газовая промышленность». 2015. № 716. С. 8-12.
4. «Газпром» открыл новое месторождение на шельфе Охотского моря. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.gazprom.ru/press/news/2016/september/article284426 (дата обращения 30.11.2016).
5. Бессель В.В. К вопросу оценки энергоэффективности экономики России // Проблемы экономики и управления нефтегазовым комплексом. 2014. № 2. С. 9-15.
6. Многополярная энергетика. Годовой отчет ПАО «Газпром» за 2015 год.
7. Бессель В.В., Лопатин А.С., Кучеров В.Г. Стратегия экспорта российских углеводородов // Нефть, газ, бизнес. 2015. № 1. С. 3-10.
8. Бессель В.В., Кучеров В.Г., Лопатин А.С. Мартынов В.Г. Динамика российского экспорта углеводородного сырья и перспективы его развития // Газовая промышленность. 2015. № 11. С. 12-16.
